Ekologi Dasar Materi ke-2Tanggal 21 september 2012
Aliran Energi dan Materi dalam ekosistem
OlehAnang Kadarsah
Sumber asal energi adalah matahari. Tumbuhan yang menghasilkan gula lewat
proses fotosintesis hanya memakai energi matahari dan C02 dari udara. Oleh
karena itu, tumbuhan tersebut digolongkan dalam tingkat trofik pertama. Hewan
herbivora atau organisme yang memakan tumbuhan termasuk anggota tingkat trofik
kedua. Karnivora yang secara langsung memakan herbivora termasuk tingkat trofik
ketiga, sedangkan karnivora yang memakan karnivora di tingkat trofik tiga
termasuk dalam anggota tingkat trofik keempat.
Struktur trofik pada ekosistem dapat disajikan
dalam bentuk piramida ekologi.
Piramida ekologi adalah diagram yang menunjukkan jumlah energi pada tingkat trofik
yang berbeda-beda dalam suatu ekosistem
Ada 3 jenis piramida ekologi, yaitu piramida jumlah, piramida biomassa,
dan piramida energi.
Piramida JumlahDapat dikatakan bahwa pada kebanyakan komunitas normal, jumlah tumbuhan
selalu lebih banyak dari pada organisme herbivora. Demikian pula jumlah
herbivora selalu lebih banyak daripada jumlah karnivora tingkat 1. Kamivora
tingkat 1 juga selalu lebih banyak daripada karnivora tingkat 2. Piramida jumlah
ini di dasarkan atas jumlah organisme di tiap tingkat trofik.
Gambar . Suatu piramida jumlah. (Ladang bluegrass Michigan)
Trophic levelNumber of
individual organisms
Primary
producers
Tertiary consumers
Secondary consumers
Primary consumers
3
354,904
708,624
5,842,424
Contoh kasus : ladang bluegrass di Michigan. hanya tiga karnivora
puncak yang didukung dalam suatu ekosistem yang berdasarkan
pada produktifitas dari hampir 6 juta tumbuhan.
Piramida Biomassa
Piramida biomassa berfungsi menggambarkan perpaduan massa seluruh
organisme di habitat tertentu, dan diukur dalam gram per meter2, atau
kalori per meter2. Biomassa memperlihatkan gambaran singkat pada kurun waktu tertentu.
Kekurangan piramida biomassa adalah bahwa ia tidak memperlihatkan
energi sebenarnya yang terkandung di dalam tingkat trofik. Contoh, setiap
burung memiliki tulang dan paruh yang mana tidak dikonsumsi oleh
konsumen namun tetap diperhitungkan dalam struktur perhitungan biomassa.
Gambar a. Lahan
berlumpur di
Florida
Trophic level Dry weight
(g/m2)
Primary producers
Tertiary consumers
Secondary consumers
Primary consumers
1.5
11
37
809
Sebagian besar piramida biomassa menunjukkan suatu penurunan
yang tajam dalam biomassa pada tingkat-tingkat trofik berikutnya
yang lebih tinggi, seperti digambarkan oleh data dari suatu lahan
berlumpur di Silver Spring Florida.
Gambar.b. TerusanInggris
Primary producers (phytoplankton)
Primary consumers (zooplankton)
Trophic levelDry
weight
(g/m2)
21
4
Piramida EnergiSeringkali piramida biomassa tidak selalu memberi informasi yang kita butuhkan
tentang ekosistem tertentu. Lain dengan Piramida energi yang dibuat berdasarkan
observasi yang dilakukan dalam waktu yang lama. Piramida energi mampu memberikan gambaran paling akurat tentang aliran energi dalam ekosistem.
Pada piramida energi terjadi penurunan sejumlah energi berturut-turut yang
tersedia di tiap tingkat trofik. Berkurang-nya energi yang terjadi di setiap trofik
terjadi karena hal-hal berikut. - Hanya sejumlah makanan tertentu yang
ditangkap dan dimakan oleh tingkat trofik selanjutnya.
- Beberapa makanan yang dimakan tidak bisa dicerna dan dikeluarkan sebagai
sampah. - Hanya sebagian makanan yang dicerna
menjadi bagian dari tubuh organisme, sedangkan sisanya digunakan sebagai
sumber energi.
Efisiensi ekologis (ecological effzciency) adalah persentase energi
yang ditransfer dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik berikutnya,
atau rasio produktivitas bersih pada satu tingkat trofik terhadap
produktivitas bersih pada tingkat trofik di bawahnya.
Hilangnva energi secara multiplikatif dari suatu rantai makanan
dapat digambarkan sebagai diagram piramida produktivitas
(pyramid of productivity), di mana tingkat trofik ditumpuk dalam
balok-balok, dengan produsen primer sebagai dasar piramida itu.
Tertiary
consumers
Secondary
consumers
Primary
consumers
Primary
producers
1,000,000 J of sunlight
10 J
100 J1,000
J
10,000 J
Gambar . Suatu piramida jumlah
Trophic level Number of individual organisms
Primary producers
Tertiary consumers
Secondary consumers
Primary consumers
3
354,904
708,624
5,842,424
Trophic level
Secondary
consumers
Primary
consumers
Primary
producers
Piramida Energi tidak
pernah terbalik, tetapi
piramida biomassa dapat
terbalik ketika tingkat
tropik lebih rendah
didominasi tingkat
tropik di atasnya dan
dikonsumsi oleh
organisme kecil yang
tumbuh dengan cepat.
Ekosistem: Daur Materi dan Aliran Energi jaring-jaring makanan
Tingkatan trofik pada jaring-jaring makanan:
1.produsen (tumbuhan dan organisme autotrof)
2.konsumen I (herbivora)
3.konsumen II (karnivora atau predator), dan seterusnya.
Dua Jalur Utama dalam Sistem Trofik:
Plant-Based Trophic Systems
Detritus-Based Trophic Systems
Two major trophic systems
Plant-based system Detritus-based system
Produksi yang dilakukan oleh tumbuhan turut membatasialiran energi yang melewati jaring-jaring makananyang berbasis tumbuhan ini. Contohnya padaperbedaan transfer energi antara tumbuhan danherbivora
Perbedaan herbivora pada bioma yang berbedaditentukan:
Perbedaan Produksi Primer Bersih (NPP)
Perbedaan alokasi pada struktur tumbuhan
Keadaan nutrisi (resource) lingkungan dan prosespertahanan tumbuhan terhadap herbivora,dipengaruhi: (1) Potensi genetis; (2) Lingkungantempat tumbuh; (3) program alokasi tumbuhan
Efisiensi Konsumsi (ConsumptionEfficiency)
Efisiensi Asimilasi (Assimilation Efficiency)
Efisiensi Produksi (Production Efficiency)
Faktor utama yang membedakan variasi efisiensi
konsumsi pada herbivora adalah perbedaanalokasi tumbuhan pada strukturnya.
Cara menghitung efisiensi konsumsi
Kandungan toksik alami tumbuhan (seperti
kandungan metabolit sekunder tumbuhan) membatasi efisiensi konsumsi herbivora pada
ekosistem terrestrial.
10/15/2012Mata Kuliah Ekologi Terestrial
Efisiensi Asimilasi dipengaruhi oleh kualitas
makanan dan fisiologi konsumen. Materi yang tidak terasimilasi kemudian dikembalikan ke tanah
dalam bentuk feces, komponen input bagidetritus-sistem
Cara menghitung efisiensi asimilasi
Efisiensi asimilasi seringkali lebih besar (sekitar 5-
80%) daripada efisiensi konsumsi (0,1-50%).
Proporsi dari energi yang terasimilasi yang dikonversi
terhadap produksi hewan, meliputi pertumbuhan dari individu dan proses reproduksi untuk
membentuk individu baru, terutama dipengaruhi/ditentukan oleh metabolisme hewan.
Energi asimilasi yang tidak tergabung dalam produksi
hilang ke lingkungan dalam bentuk respiratory heat. Efisiensi produksi untuk setiap individu hewan bervariasi dari kurang dari 1 % hingga 50 % dan
sangat berbeda antara homoeterm (Eprod 1-3%) dan poikiloterm (Eprod 10-50%).
Perbedaan diantara tumbuhan, pada konsentrasi nutrienjaringan, memberikan gambaran pada jumlah biomasayang dapat diproduksi oleh ekosistem per unit dari nutrien
NUE tertinggi terdapat kondisi tempat yang tidak produktif
Tumbuhan akan lebih efisien dalam memproduksi biomasa per unit darinutrien yang didapatkan dan yang hilang pada kondisi pasokan nutrienrendah. Beberapa faktor yang mempengaruhinya adalah:
o Konsentrasi nutrien pada jaringan dipertahankan hingga berkurangdisesuaikan dengan kondisi kesuburan tanah yang berkurang
o Tumbuhan dengan nutrien yang terbatas juga memproduksi jaringanlebih lambat dan tetap menjaganya untuk periode waktu yang lebihlama, yang menghasilkan peningkatan rata-rata usia jaringan
o Jaringan yang lebih tua memiliki konsentrasi nutrien yang lebih rendah
o Pada tanah yang tidak subur didominasi oleh spesies tumbuhandengan usia hidup daun yang panjang dan memilki konsentrasinutrien yang rendah memberikan konstribusi NUE yang tinggi dariekosistem pada tanah yang tidak subur
Tumbuhan memaksimalkan NUE pada tanah yang tidak subur denganmengurangi kehilangan nutrisi daripada meningkatkan produktivitasnutrien
Terdapat kondisi fisiologis alami yang bertolak belakangantara waktu tinggal nutrien dan produktivitas nutrienciriyang membolehkan tumbuhan untuk menjagaberkurangnya kapasitas nutrien untuk dapat tumbuh dengancepat
Tumbuhan dengan produktivitas nutrien tinggi tumbuh cepatdan memiliki laju fotosintesis yang tinggi~daun yang tipis, konsentrasi nitrogen yang tinggi dalam jaringan
Waktu tinggal nutrien yang panjang dicapai pada lajupergantian daun dan akar yang lambat.
NUE yang tinggi pada tumbuhan di tanah yang tidak suburmerefleksikan kapasitas untuk menjaga jaringan hidup lebihlama daripada kapasitas untuk menggunakan nutrien lebihbanyak dalam fotosintesis
Nutrient productivity (An): biomass production per unit nutrient
content (g plant g N-1 y-1) or (C fixed g N-1 time-1)
Slope is instantaneous, leaf-level, NUE:
nmol CO2 mg N-1 s-1
Species with inherently high growth rate (RGR)
tend to have higher An (nitrogen productivity)
Each point is one species,
all grown under controlled
environments with free access
to nutrients. Poorter et al. 2000.
Allocation to leaves
maximizes An for
fast-growing plants
(adapted to high N
environments)
Slow-growing plants
(adapted to low N
environments)
allocate more to stems
and roots
(also because of tradeoffs with the second component of NUE)
NUE = An * Tn
Units are g plant g N-1
NUE is the product of nutrient
productivity and nutrient residence time:
2. Nutrient residence time (Tn): average time the nutrient
remains in plant (y) and can be used for carbon fixation
Nutrient-Use Efficiency (NUE) has two components
1. Nutrient productivity (An): biomass production per unit
nutrient content (g plant g N-1 y-1) or (C fixed g N-1 time-1)
Pertumbuhan yang cepat pada
tumbuhan ataupun NUE yang tinggi
merupakan keuntungan yang universal,
yang merupakan kondisi fosiologis alami
yang melekat sesuai dengan kondisi
lingkungannya.